鐵尾礦綜合利用研究現(xiàn)狀

潘寶峰，時彥寧

（大連理工大學，遼寧大連116023）

鐵尾礦綜合利用研究現(xiàn)狀

潘寶峰*，時彥寧

（大連理工大學，遼寧大連116023）

鐵尾礦是鐵礦石經(jīng)過選礦工藝選取鐵精礦后排放的廢渣，隨著鐵尾礦排放量增高，鐵尾礦砂回收利用已經(jīng)成為全社會關注的問題。主要介紹了現(xiàn)階段國內外對鐵尾礦回收途徑的研究方向，并對研究成果做了簡要的陳述，提出了國內鐵尾礦利用存在的問題，并結合我國現(xiàn)狀對鐵尾礦利用方向提出了展望。

鐵尾礦；建筑材料；尾礦庫復墾

鐵尾礦是鐵礦石經(jīng)過選礦工藝選取鐵精礦后排放的廢渣。當前，我國鐵尾礦的排放量增長迅速，據(jù)有效數(shù)字統(tǒng)計，自1949年以來，我國鐵尾礦砂排放量超過60×108t，尤其在2003年以后鐵尾礦排放量大幅上升，2009排放量達到5.5×108t，2010年排放量超過6×108t[1]。因此，鐵尾礦的綜合回收利用問題已受到全社會的廣泛關注。

1 國內利用現(xiàn)狀

我國鐵尾礦綜合利用起步較晚，但進展很快。特別是“十一五”期間，在高校、研究院以及鐵尾礦企業(yè)的努力下，鐵尾礦回收利用技術已經(jīng)得到很大提升，現(xiàn)階段我國鐵尾礦再利用主要有3個方面：鐵尾礦再選及回收有價元素；鐵尾礦生產(chǎn)建筑材料；鐵尾礦充填采空區(qū)和尾礦庫復墾。

1.1 回收有價元素

鐵尾礦回收利用的最大著眼點是提取鐵尾礦中的有價元素，從鐵尾礦中回收原本不能分選或沒有分選的有價組分。我國在這方面做了很多研究工作。

東北大學劉文剛[2]等人（2011）采用正—反浮選聯(lián)合流程對齊大山選礦廠的浮選尾礦（鐵品位為19.75%）進行了鐵回收試驗研究，正浮選試驗結果表明：在2，4—二羥基苯甲酸為石英抑制劑、油酸鈉為捕收劑和不加pH值調整劑的條件下，當抑制劑用量為800g/t、油酸鈉用量為550g/t時，可以獲得鐵品位31.86%、鐵回收率78.85%的浮選粗精礦。反浮選試驗結果表明：當磨礦細度小于0.045mm占95.50%時，經(jīng)過1次粗選、2次精選、1次掃選，可獲得鐵品位66.17%、鐵回收率27.64%的反浮選精礦。

北京科技大學劉占華[3]等人（2012）采用弱磁選—直接還原焙燒—磁選工藝對內蒙古某高硫鐵尾礦進行處理，得到了鐵品位為92.86%、相對弱磁精礦回收率為82.37%、硫含量為0.40%的還原鐵，獲得了較好的提鐵降硫效果。

孫達[4]嘗試從鐵尾礦中回收銅元素，將鐵尾礦砂經(jīng)過1次粗選、2次掃選以及4次精選的閉路浮選流程，從銅品位0.3%鐵尾礦中獲取到銅品位23.7%的銅精礦，并且回收率可達到68.9%。

馬鋼鐵尾礦儲量大，且其中含有大量的的石榴石。為充分利用這一資源，馬鞍山礦山研究院[5]成功研究了強磁一粗二精分級搖床選別流程，選出了石榴石含量97.4%的石榴石精礦，其回收率可達到41%。

綜上，鐵尾礦回收有價元素的經(jīng)濟效益顯著，最近幾年回收工藝技術和回收設備也都取得很大進步，但該途徑受鐵尾礦本身特性的影響較大，對很多尾礦并不適用，并且回收有價元素后的鐵尾礦仍然會產(chǎn)生固體廢物污染，因此需要聯(lián)合其他回收利用技術來解決鐵尾礦問題。

1.2 鐵尾礦生產(chǎn)建筑材料

鐵尾礦主要化學成分有鋁、鈣、硅、鎂的氧化物。其中，鋁、硅含量較高，且80%以上都是非金屬礦物，與建筑材料十分相近，這為鐵礦在建材業(yè)的應用提供了前提條件。目前，我國鐵尾礦在建筑材料應用中已經(jīng)取得明顯成效，主要表現(xiàn)在制作墻體材料、道路材料、制磚材料、裝飾材料以及陶瓷材料。

（1）鐵尾礦制作墻體材料。清華大學田景松[6]等人（2010）將鐵尾礦砂與機制砂搭配組成混合砂，按照顆粒級配理論合理調整鐵尾礦砂與機制砂的混合比例，配制出工作性能、力學性能和耐久性能都能夠滿足現(xiàn)代施工技術要求的不同強度等級的混凝土。

海南大學張浩[7]等人（2012）用正交試驗法確定了利用鐵尾礦來制備加氣混凝土砌塊的最優(yōu)配合比，試驗結果表明鐵尾礦、石英砂、水泥、氧化鈣、石膏、鋁粉、穩(wěn)泡劑分別為原材料干重的59.20%、8.26%、15.96%、14.03%、1.00%、0.06%、0.07%，且水料比為0.58時，其抗壓強度達到了4.85MPa，并研究了熱帶海洋性氣候環(huán)境對加氣混凝土砌塊與混凝土之間界面結合強度的影響。

（2）鐵尾礦用作道路材料。楊青[8]（2008）通過對無機結合料穩(wěn)定鐵尾礦砂的路用性能進行試驗研究，研究結果表明：11%水泥穩(wěn)定鐵尾礦砂、31%石灰穩(wěn)定鐵尾礦砂、2%水泥和12%石灰穩(wěn)定鐵尾礦砂均能滿足低等級道路基層強度要求。

河北工業(yè)大學孫吉書[9]等人（2012）對石灰粉煤灰穩(wěn)定鐵尾礦碎石的強度、抗壓回彈模量、抗凍性能、水穩(wěn)定性等路用性能的研究，分析了其強度的影響因素，并闡述了石灰粉煤灰穩(wěn)定鐵尾礦碎石的強度形成機理。試驗結果表明，石灰粉煤灰穩(wěn)定鐵尾礦碎石（石灰∶粉煤灰∶鐵尾礦碎石為10∶20∶70）的各項技術性能滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求，可以作為各級公路的基層材料。

張鐵志[10]試驗研究利用加筋鐵尾礦用于道路基層施工，試驗表明:水泥劑量3%,聚丙烯纖維0.3%的混合料均可滿足各等級公路技術要求，并證明加筋鐵尾礦可以比單純水泥穩(wěn)定鐵尾礦節(jié)省2%水泥劑量,且混合料性能得到極大提高。但該技術存在經(jīng)濟與技術平衡問題，纖維含量維持在0.3%,才能保證混合料強度最佳;水泥劑量維持在3%時，才能在符合技術要求的基礎上達到最經(jīng)濟水泥用量。

（3）鐵尾礦用于制磚。建筑用磚仍是我國建筑業(yè)用量最大的建材產(chǎn)品之一，馬鞍山研究院[11]以齊大山、歪頭山的鐵尾礦為主要原料，配入少量骨料、鈣質膠凝材料及外加劑，加水均勻攪拌，在60t的壓力機上擠壓成型，脫模并養(yǎng)護28d，成功地制成免燒磚。

大連理工大學徐博書[12]等人（2010）以遼寧地區(qū)的鐵尾礦砂（SiO2含量為74.98%，F(xiàn)e2O3含量為7.63%）為原料，并摻加一定比例的碎石、水泥，通過采用靜壓成型、脫模養(yǎng)護的方法，制備得到了用于道路工程的MU20級鐵尾礦免燒磚，并對其強度形成進行了機理分析。

張錦瑞、賈清梅[13-14]以唐山地區(qū)的鐵尾礦為主要原料，摻加一定比例的粗骨料、水泥，采用特定方法制辦成型后，再經(jīng)蒸壓養(yǎng)護和蒸汽養(yǎng)護，研究出鐵尾礦含量50%以上的蒸壓磚，采用該方法所制得的鐵尾礦磚各項指標均能滿足要求。

尹洪峰[15]對邯鄲地區(qū)鐵尾礦進行了制磚試驗研究，結果表明：采用擠出成型法可以制備出MU 7.5的建筑用磚；采用壓制成型法可以制備出MU10以上的建筑用磚，尾礦磚體積密度與普通磚相近，試樣泛霜試驗合格、抗冷凍性好。

目前尚未見到用鐵尾礦研制多孔磚和清水磚的報道，隨著研究的深入和擴大，用鐵尾礦制作多孔磚和清水磚等新型建材會成為新的研究方向。

（4）鐵尾礦用于生產(chǎn)裝飾材料。吉林大學李亞超[16]等人（2011）以鞍山式鐵尾礦粉和玻璃粉為原料，采用無壓燒結法來制備鐵尾礦建筑飾面材料。研究結果表明其物理力學性能都達到了天然石材的標準，可以作為建筑飾面材料。

（5）鐵尾礦用于陶瓷材料。將鐵尾礦應用于陶瓷材料，在有效利用廢棄尾礦、保護環(huán)境的同時，也可以極大改善陶瓷性能。目前這方面的研究已展開，但主要表現(xiàn)在小范圍燒制陶瓷材料、尾礦陶瓷釉料和尾礦衛(wèi)生潔具，尚未有大規(guī)模陶瓷生產(chǎn)線。

1.3 鐵尾礦充填采空區(qū)和尾礦庫復墾

近年來，充填采礦技術快速發(fā)展，將尾礦填充采空區(qū)不僅可以解決尾礦的排放問題，還可以降低充填成本，具有很好的經(jīng)濟效益。

河北寬城冶金建材工業(yè)公司周杰[17]等人（2011）利用承德地區(qū)某鐵礦廠尾礦干排充填采空區(qū)，不僅解決了建設鐵尾礦庫所帶來的安全隱患，也消除了采空區(qū)的安全隱患。

沈陽農(nóng)業(yè)大學李曉雷[18]等人（2012）通過對紅透山尾礦庫復墾適宜性評價得出了影響尾礦庫復墾適宜方向的關鍵是有效土層的厚度、污染物的處理和基底穩(wěn)定性；同時尾礦庫復墾應以三級牧草地和林地為主，復墾植被應選擇抗逆性較強的植物。

實踐表明，以鐵尾礦砂代替砂石充填采空區(qū)可以起到經(jīng)濟環(huán)保的效果，這將成為礦山研發(fā)推廣的新工藝。

1.4 其他利用方式

除上面介紹的3種利用方式外，鐵尾礦還可以用來生產(chǎn)耐火材料、建筑用砂、肥料和土壤改良劑等[19-21]。

2 國外鐵尾礦綜合利用現(xiàn)狀

國外對鐵尾礦綜合利用的研究工作起步較早，特別是1970年以后，制定了一系列法規(guī)，大大改善了礦山和尾礦場的環(huán)境。他們在鐵尾礦再選及回收有價金屬、制作建筑材料、尾礦庫復墾等方面也早已取得很多實用性成果。

伊斯坦布爾技術大學Sirkeci A.A.[22]等人（2006）采用浮選法，在最佳浮選條件下從迪夫里伊選礦廠的老尾礦中回收鈷、鎳和銅，回收率分別達到了83.1%、57.7%和59.0%。

印度作為世界上第六大鐵尾礦生產(chǎn)國，每年產(chǎn)生近1800×104t的尾礦，如何安全處理和利用這些尾礦對于鐵礦行業(yè)而言是一個巨大的挑戰(zhàn)。2000年4月印度國家冶金實驗室Das S.K.[23]等人利用鐵尾礦生產(chǎn)陶瓷地板和墻磚，其強度和硬度基本上符合歐洲的標準。

印度礦業(yè)環(huán)境中心Maiti S.K.[24]等人（2005）發(fā)現(xiàn)在鐵尾礦庫上種植植物有利于穩(wěn)定和減少水土流失，進一步研究發(fā)現(xiàn)尾礦中鐵含量不但不會影響植物的自然生長，相反高含鐵量還會促進植物生長。

美國Norland M.R.[25]等人（1994）在明尼蘇達州選取了2處鐵尾礦庫進行生態(tài)恢復試驗，經(jīng)過4年的研究調查，發(fā)現(xiàn)植被恢復率達到了72%。

3 國內鐵尾礦利用存在的問題及前景展望

盡管鐵尾礦的綜合利用在“十一五”期間取得了較為明顯的成效，但仍存在一些問題：

（1）技術支撐能力不足，利用率不高。目前鐵尾礦的綜合利用存在許多技術瓶頸，尤其缺乏大規(guī)模、高附加值利用的重大技術和裝備。大多數(shù)鐵礦山企業(yè)研發(fā)能力較弱，技術裝備落后，缺少研發(fā)投入的積極性。而現(xiàn)有技術裝備水平不能為鐵尾礦綜合利用產(chǎn)業(yè)提供有效支撐，制約了綜合利用的發(fā)展。

（2）企業(yè)規(guī)模小。目前從事鐵尾礦綜合利用的企業(yè)以中小型為主，年平均產(chǎn)值不到2000萬元，缺乏具有較強市場競爭力的跨區(qū)域、跨省份的大型專業(yè)化企業(yè)集團。

（3）鐵尾礦資源循環(huán)利用的法律、法規(guī)建設相對落后，鐵尾礦利用的基礎管理薄弱，缺乏資源和環(huán)保意識；另一方面由于投資回報率小，鐵尾礦山企業(yè)對尾礦資源循環(huán)利用的積極性不高。

總之，我國在鐵尾礦綜合利用方面雖然取得了很大進展，但與當前需要之間還是存在很大差距，鐵尾礦綜合利用任務艱巨，應當引起全社會的高度關注。鐵尾礦的資源化利用研究前景廣闊，尤其是在道路各個層面中的應用都還有很大的研究空間，鐵尾礦砂在道路中的綜合應用必然會成為一個新的課題。

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TD926.4

A

1004-5716（2015）05-0153-04

2014-06-09

2014-06-10

潘寶峰（1967-），男（漢族），內蒙古赤峰人，教授，現(xiàn)從事道路工程教學研究工作。